Magnitudes y unidades de radiación
La dosis absorbida es la energía absorbida por unidad de masa en un determinado punto. La unidad es el julio por kilogramo (J kg-1) y se le da la denominación especial de gray (Gy). Se puede encontrar una descripción más detallada en el Informe 74 de la ICRU y en la publicación nº 457 de la Colección de informes técnicos del OIEA.
La dosis a un órgano es una magnitud relacionada con la probabilidad de producir efectos estocásticos (principalmente la inducción de cáncer), y está definida en la Publicación 60 de la ICRP como el promedio de la dosis absorbida en un organo, es decir, el cociente entre la energía total impartida a un órgano y la masa total de dicho órgano. La unidad es el julio por kilogramo (J kg-1) y recibe el nombre especial de gray (Gy).
La dosis equivalente a un órgano o tejido es la dosis al órgano corregida por un factor de ponderación del tipo de radiación que tiene en cuenta la eficacia biológica relativa de la radiación incidente para producir efectos estocásticos. Este factor de corrección es numéricamente 1 para rayos X. La unidad es el julio por kilogramo (J kg -1) y se le da el nombre especial de sievert (Sv).
La dosis efectiva es una magnitud definida en la Publicación 60 de la ICRP como la suma ponderada de las dosis equivalentes a todos los tejidos y órganos pertinentes “con el fin de indicar la combinación de diferentes dosis en diferentes tejidos de manera que sea posible la correlación con el total de los efectos estocásticos ". Esto es, por tanto, aplicable aunque la distribución de la dosis absorbida por el cuerpo humano no sea homogénea. La unidad es el julio por kilogramo (J kg -1 ) y se le da el nombre especial de sievert (Sv).
La dosis efectiva debe utilizarse con precaución en el caso de os pacientes, tal como se indica en el Informe 2000 del UNSCEAR a la ONU: "la dosis efectiva no debe utilizarse directamente para realizar estimaciones del daño producido por exposiciones médicas, ... aplicando coeficientes de probabilidad nominal de mortalidad. Tales evaluaciones serían inapropiadas y no tendrían utilidad, teniendo en cuenta las incertidumbres debidas a las posibles diferencias demográficas (en términos de estado de salud, edad y sexo) entre una población de pacientes en particular y la población general a la cual se refieren los coeficientes de riesgo de la ICRP ... la dosis efectiva en términos generales puede subestimar el daño por exposiciones diagnósticas a pacientes jóvenes en un factor de 2 y, por el contrario, podría sobreestimar en daño a los pacientes de edad avanzada en un factor 5 por lo menos. ... A pesar de la advertencia anterior ... se resume el estado de la práctica de radiodiagnóstico … principalmente en términos de dosis efectiva a los individuos expuestos ... y de dosis efectiva colectiva a las poblaciones expuestas, considerando el número de exploraciones …”
Por tanto, se puede, utilizar la dosis efectiva e incluso la dosis efectiva colectiva para exposiciones con fines diagnósticos, siempre y cuando esto se haga sólo con fines comparativos y para poblaciones de pacientes iguales o similares, siendo necesarias consideraciones adicionales o correcciones significativas si tratamos de utilizarla para comparar con otras poblaciones.
El kerma en aire es la suma de la energía cinética de todas las partículas cargadas liberadas por unidad de masa. En el pasado los resultados de las mediciones se han expresado en términos de dosis absorbida en aire en una serie de publicaciones. Sin embargo publicaciones más recientes y el Código de práctica del OIEA indican que hay dificultades experimentales para determinar la dosis en aire, especialmente en la proximidad de una interfaz entre dos medios distintos, y que, en realidad, lo que indican los equipos de dosimetría no es la energía de la radiación absorbida por el aire, sino la energía transferida por la radiación a las partículas cargadas resultantes de la ionización. Por estas razones, el Código de práctica del OIEA y el informe 74 de la ICRU recomiendan utilizar el kerma en aire en lugar de la dosis absorbida en aire. La unidad es el julio por kilogramo (J kg-1) y su nombre especial es el gray (Gy)
Esta corrección se aplica a las magnitudes determinadas el aire, como el kerma en aire en la superficie de entrada (en lugar de la dosis en aire en la superficie de entrada), el índice de kerma en aire para tomografía computarizada (en lugar del índice de dosis de tomografía computarizada), el producto kerma-área (en vez del producto dosis-área) y el producto del kerma-área por la longitud (en lugar de la dosis-área por la longitud).
La corrección anterior sólo se refiere al aire. En cuanto a los tejidos, es correcto estimar la dosis absorbida en piel, siempre que se aplique el coeficiente de corrección necesario para calcular la dosis absorbida por el tejido a partir del kerma en aire.
LOS efectos dañinos de la radiación ionizante en un organismo vivo se deben en primera instancia a la energía absorbida por las células y los tejidos que lo forman. Esta energía absorbida principalmente a través de los mecanismos de ionización y excitación atómica, produce descomposición química de las moléculas presentes.
Para poder medir y comparar las energías absorbidas por el tejido en diferentes condiciones ha sido necesario definir ciertos conceptos ( de exposición, de dosis absorbida, de dosis equivalente) , así como las unidades correspondientes. Estas definiciones y unidades han ido evolucionando a medida que se ha tenido mayor conocimiento de la radiación.
La Comisión Internacional de Unidades de Radiación ( CIUR) se ha abocado a la tarea de definir un sistema de unidades aceptado internacionalmente, y de empleo rutinario en la Comisión Internacional de Protección Radiológica ( CIPR). Estas unidades en el sistema internacional (S.I.) incluyen el Becquerel, el Gray y el Sievert, y su definición se basa en el sistema MKS. Vienen a substituir al Curie, al rad y al rem, que son unidades tradicionales. En lo que sigue se definen, en primer lugar, las unidades del S.I. para cada uno de los conceptos, y después las antiguas. La transición de un sistema de unidades al otro ha sido lenta, por lo que es frecuente encontrar las antiguas unidades en los textos, en los medidores de radiación y en el uso cotidiano.
La exposición es una medida de la ionización producida por una radiación; su unidad es el Roentgen. Un Roentgen (R) es la exposición (X o gamma) recibida por un kilogramo de aire en condiciones estándar de presión y temperatura (CSPT) si se produce un número de pares de iones equivalente a 2.58 x10- 4 Coulombs. Como la carga de un ion es 1.602 x 10-19 Coulombs, esto equivale a que se produzcan 1.61 x 1015 pares de iones/ kilogramo de aire. En resumen,
Esta definición es totalmente equivalente a la antigua, en que se tomaba 0.001293 gramos (1 cm³ de aire en vez de un kilogramo, y una unidad electrostática de carga en vez de un Coulomb.
Del número de iones producidos en aire por un Roentgen se puede calcular la energía empleada, si se recuerda que la energía necesaria para cada ionización del aire es de 34 eV, equivalente a 5.4 x10 -18 joules (J). Resulta ser:
En vista de que el Roentgen deposita diferentes cantidades de energía según el material que recibe la exposición, resulta más cómodo definir un nuevo concepto, la dosis absorbida (D), como la energía depositada por unidad de masa, independientemente de qué material se trate.
Como se puede ver: 1 rad = 0.01 Gy = 1 cGy. Nótese también que un Roentgen deposita en tejido una dosis de 0.96 rad, casi un rad, por lo que con frecuencia estas dos unidades se confunden.
Aunque todas las radiaciones ionizantes son capaces de producir efectos biológicos similares, una cierta dosis absorbida puede producir efectos de magnitudes distintas, según el tipo de radiación de que se trate. Esta diferencia de comportamiento ha llevado a definir una cantidad llamada factor de calidad (Q) para cada tipo de radiación.
Se seleccionó arbitrariamente Q = 1 para rayos X y gamma, y para las otras radiaciones los valores dados en el cuadro 4. El factor de calidad es una medida de los efectos biológicos producidos por las distintas radiaciones, comparados con los producidos por los rayos X y gamma, para una dosis absorbida dada. Así, por ejemplo, un Gray de partículas alfa produce efectos biológicos 20 veces más severos que un Gray de rayos X (según los valores del cuadro 4). El factor de calidad Q depende de la densidad de ionización de las diferentes radiaciones. La dosis equivalente es un nuevo concepto que se definió tomando en cuenta el factor de calidad. Es igual a la dosis absorbida multiplicada por el factor de calidad. La unidad de dosis equivalente en el S.I. es el Sievert (Sv), definido como:
Tipo de radiación
|
Q
|
Rayos X, g
|
1
|
Electrones
|
1
|
Neutrones térmicos
|
2.3
|
Neutrones rápidos
|
10
|
Protones
|
10
|
Partículas a
|
20
|
Es común usar los prefijos conocidos, c (centi = 10-2), m (mili = l0-3), m (micro = 10-6), k (kilo = 103), y M (mega = 106) para indicar múltiplos o submúltiplos de las unidades de radiación. Algunas conversiones útiles son:
| Concepto | Proceso físico |
S.I.
| Unidades antiguas |
Actividad
|
Desintegración nuclear
|
Bq
|
Ci
|
Exposición
|
Ionización del aire
|
R
|
R
|
Dosis absorbida
|
Energía depositada
|
Gy
|
rad
|
Dosis equivalente
|
Efecto Biológico
|
Sv
|
rem
|
Las unidades de dosis absorbida y dosis equivalente expresan la cantidad total de radiación recibida, por ejemplo, en una operación dada. Sin embargo, para controlar los riesgos por radiación también es necesario conocer la rapidez (razón o tasa) a la cual se recibe la dosis. Para conocer la razón de dosis (D/t), se divide la dosis recibida (D) entre el intervalo de tiempo (t) correspondiente. La dosis total recibida es igual a la razón de dosis multiplicada por el tiempo de exposición.
Por ejemplo, si una fuente radiactiva produce a una cierta distancia una razón de dosis de 1 mrem/ hr y una persona permanece en esa posición durante 8 horas, entonces recibirá una dosis total de 8 mrem.
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